JP2011056939A - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

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Abstract

【課題】安価に製造することができる、圧電方式のインクジェットプリンタヘッドを提供する。
【解決手段】インクジェットプリンタヘッド１は、シリコン基板２と、シリコン基板２上に設けられ、シリコン基板２との対向方向に振動可能な振動膜５と、振動膜５上に設けられた圧電素子６と、振動膜５に対してシリコン基板２側に振動膜５に臨んで形成され、インクが充填される加圧室６２と、振動膜５を貫通して形成され、加圧室６２と連通し、加圧室６２から送出されるインクを吐出するノズル６４とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧電方式のインクジェットプリンタヘッドに関する。
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスの代表的なものに、インクジェットプリンタヘッドがある。インクジェットプリンタヘッドは、インクの吐出方式により、圧電方式（ピエゾ方式）と熱方式（バブル方式）とに大別される。
圧電方式のインクジェットプリンタヘッドでは、シリコン基板の微細加工により、加圧室およびダイヤフラムが形成される。ダイヤフラムは、加圧室の一方側から加圧室に臨んでいる。ダイヤフラムの加圧室と反対側の面には、圧電素子が配置される。そして、加圧室をダイヤフラムと反対側から閉塞するように、シリコン基板にプレートが接合される。プレートには、加圧室と連通するノズル（吐出孔）が形成されている。圧電素子に電圧が印加されると、圧電素子とともにダイヤフラムが変形する。このダイヤフラムの変形により、加圧室内のインクが加圧されて、ノズルからインクが吐出される。
一方、熱方式のインクジェットプリンタヘッドでは、インク流路の途中部に、インクを加熱するためのヒータが備えられている。インク流路内のインクがヒータにより加熱され、インク内に発生する気泡の膨張により、インク流路と連通するノズルからインクが押し出される。
特開平８−１９７７３０号公報
圧電方式のインクジェットプリンタヘッドは、熱方式のインクジェットプリンタヘッドと比較して、高速動作が可能であるという利点を有する反面、コストが高いという欠点を有している。
本発明の目的は、安価に製造することができる、圧電方式のインクジェットプリンタヘッドを提供することである。
前記の目的を達成するため、本発明の一の局面に係るインクジェットプリンタヘッドは、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、前記半導体基板との対向方向に振動可能な振動膜と、前記振動膜上に設けられた圧電素子と、前記振動膜に対して前記半導体基板側に前記振動膜に臨んで形成され、インクが充填される加圧室と、前記振動膜を貫通して形成され、前記加圧室と連通し、前記加圧室から送出されるインクを吐出するノズルとを備えている。
振動膜上の圧電素子に電圧が印加されると、圧電素子とともに振動膜が変形する。この振動膜の変形により、加圧室内に充填されているインクが加圧され、加圧室と連通するノズルからインクが吐出される。
ノズルは、振動膜を貫通する貫通孔として形成されている。したがって、ノズルが形成されたプレートなどを必要としない。そのため、本発明の一の局面に係るインクジェットプリンタヘッドは、従来の圧電方式のインクジェットプリンタヘッドと比較して、構成が簡素であり、安価に製造することができる。
また、半導体基板を利用して、半導体素子を形成することができる。さらに、半導体基板上に層間絶縁膜などを挟んで配線を形成し、この配線をコンタクトプラグなどを介して半導体素子に接続することができる。よって、インクジェットプリンタヘッドに、適当な半導体素子および配線などからなる回路を内蔵することができる。この回路としては、圧電素子の駆動（インクの吐出）を制御する制御回路を例示することができる。
振動膜は、半導体基板の一方面に接し、加圧室は、半導体基板を厚さ方向に貫通して形成されていてもよい。この場合、加圧室に充填されるインクを貯留するインクタンクは、半導体基板に対して振動膜と反対側に設けられる。
また、加圧室は、半導体基板と振動膜との間に形成されていてもよい。
また、加圧室と連通するインク供給路が半導体基板に形成されていてもよい。この場合、インク供給路が加圧室へ安定してインクを供給するので、加圧室におけるインクの充填状態を安定して維持することができる。
インク供給路は、平面視において、ノズルと異なる位置に形成されていてもよい。この場合、平面視において、インク供給路とノズルとの間の位置に加圧室を設けることができる。
また、加圧室とインク供給路とをつなぐインク流路を有していてもよい。インク流路によって、インク供給路から加圧室への円滑なインク供給が可能となる。
また、圧電素子は、ノズルの周囲を取り囲む環状に形成されていてもよい。
また、圧電素子は、ノズルの側方に形成されていてもよい。
前記の目的を達成するため、本発明の他の局面に係るインクジェットプリンタヘッドは、半導体基板と、前記半導体基板上に間隔を空けて設けられ、前記半導体基板との対向方向に振動可能な振動膜と、前記振動膜上に設けられた圧電素子と、前記半導体基板と前記振動膜との間に形成され、インクが充填される加圧室と、前記半導体基板と前記振動膜との間に形成され、前記加圧室と連通し、前記加圧室から送出されるインクを吐出するノズルとを備えている。
振動膜上の圧電素子に電圧が印加されると、圧電素子とともに振動膜が変形する。この振動膜の変形により、加圧室内に充填されているインクが加圧され、加圧室と連通するノズルからインクが吐出される。
ノズルは、半導体基板と振動膜との間に形成されている。したがって、ノズルが形成されたプレートなどを必要としない。そのため、本発明の他の局面に係るインクジェットプリンタヘッドは、従来の圧電方式のインクジェットプリンタヘッドと比較して、構成が簡素であり、安価に製造することができる。
また、このインクジェットプリンタにおいても、半導体基板を利用して、半導体素子を形成することができ、適当な半導体素子および配線などからなる回路を内蔵することができる。
また、加圧室は、半導体基板と振動膜との間に形成されていてもよい。
また、前述した一の局面および他の局面のいずれのインクジェットプリンタヘッドにおいても、圧電素子に電圧を印加する駆動回路を、振動膜が設けられた半導体基板に形成してもよい。これにより、インクジェットプリンタヘッドの本体部分と、その駆動回路とを１チップで構成すること（１チップ化）が可能となる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの模式的な平面図である。 図２は、図１に示す切断線II−IIにおけるインクジェットプリンタヘッドの模式的な断面図である。 図３は、図１に示す回路形成領域に形成される集積回路のブロック図である。 図４Ａは、図２に示すインクジェットプリンタヘッドの製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図４Ｂは、図４Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｃは、図４Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｄは、図４Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｅは、図４Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｆは、図４Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｇは、図４Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｈは、図４Ｇの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｉは、図４Ｈの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｊは、図４Ｉの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｋは、図４Ｊの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｌは、図４Ｋの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｍは、図４Ｌの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｎは、図４Ｍの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｏは、図４Ｎの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｐは、図４Ｏの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｑは、図４Ｐの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｒは、図４Ｑの次の工程を示す模式的な断面図である。 図４Ｓは、図４Ｒの次の工程を示す模式的な断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの模式的な平面図である。 図６は、図５に示す切断線VI−VIにおけるインクジェットプリンタヘッドの模式的な断面図である。 図７（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの模式的な断面図であり、図７（ｂ）は、第３の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの要部の模式的な平面図である。 図８は、本発明の第４の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの模式的な平面図である。 図９Ａは、図８に示す切断線Ａ−Ａにおけるインクジェットプリンタヘッドの模式的な断面図である。 図９Ｂは、図８に示す切断線Ｂ−Ｂにおけるインクジェットプリンタヘッドの模式的な断面図である。 図１０Ａは、図９Ａに示すインクジェットプリンタヘッドの製造工程を説明するための模式的な断面図であり、図９Ａの場合と同じ切断線Ａ−Ａで切断したときの断面を示す。 図１０Ｂは、図１０Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１０Ｃは、図１０Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１０Ｄは、図１０Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１０Ｅは、図１０Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１０Ｆは、図１０Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１０Ｇは、図１０Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１０Ｈは、図１０Ｇの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１０Ｉは、図１０Ｈの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１０Ｊは、図１０Ｉの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１０Ｋは、図１０Ｊの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１０Ｌは、図１０Ｋの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１０Ｍは、図１０Ｌの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１１Ａは、図９Ｂに示すインクジェットプリンタヘッドの製造工程を説明するための模式的な断面図であり、図９Ｂの場合と同じ切断線Ｂ−Ｂで切断したときの断面を示す。 図１１Ｂは、図１１Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１１Ｃは、図１１Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１１Ｄは、図１１Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１１Ｅは、図１１Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１２（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの模式的な断面図であり、図１２（ｂ）は、第５の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの要部の模式的な平面図である。 図１３Ａは、図１２に示すインクジェットプリンタヘッドの製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図１３Ｂは、図１３Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１３Ｃは、図１３Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１３Ｄは、図１３Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１３Ｅは、図１３Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１３Ｆは、図１３Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１３Ｇは、図１３Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。 図１３Ｈは、図１３Ｇの次の工程を示す模式的な断面図である。
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの模式的な平面図である。図２は、図１に示す切断線II−IIにおけるインクジェットプリンタヘッドの模式的な断面図である。なお、図２では、導体からなる部分にのみハッチングが付され、その他の部分に対するハッチングの付与が省略されている。
インクジェットプリンタヘッド１は、シリコン基板２を備えている。シリコン基板２には、ノズル形成領域３および回路形成領域４が設定されている。
ノズル形成領域３において、シリコン基板２の表面上には、図２に示すように、振動膜５がその全域に形成されている。振動膜５は、ＳｉＯ２（酸化シリコン）からなる。振動膜５の厚さは、たとえば、０．５〜２μｍである。
振動膜５上には、図１に示すように、複数の圧電素子６が行方向および列方向に等間隔を空けたマトリクス状に整列して配置されている。圧電素子６は、下部電極７と、下部電極７上に形成された圧電体８と、圧電体８上に形成された上部電極９とを備えている。言い換えれば、圧電素子６は、圧電体８を上部電極９および下部電極７で上下から挟むことにより形成されている。圧電素子６には、貫通孔１０が厚さ方向に貫通して形成されている。
下部電極７は、平面視円環状の本体部１１と、本体部１１の周縁から直線状に延びる延長部１２とを一体的に備えている。下部電極７は、Ｔｉ（チタン）層およびＰｔ（プラチナ）層を振動膜５側から順に積層した２層構造を有している。
圧電体８は、下部電極７の本体部１１と平面視同形状の円環板に形成されている。圧電体８は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）からなる。
上部電極９は、圧電体８と平面視同形状の円環状に形成されている。上部電極９は、ＩｒＯ２（酸化イリジウム）層およびＩｒ（イリジウム）層を圧電体８側から順に積層した２層構造を有している。
ノズル形成領域３において、振動膜５および圧電素子６の表面は、水素バリア膜１３により覆われている。水素バリア膜１３は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。これにより、圧電体８の水素還元による特性劣化を防止することができる。
水素バリア膜１３上には、層間絶縁膜１４が積層されている。層間絶縁膜１４は、ＳｉＯ２からなる。
層間絶縁膜１４上には、配線１５，１６が形成されている。配線１５，１６は、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなる。
配線１５の一端部は、下部電極７の延長部１２の先端部の上方に配置されている。配線１５の一端部と延長部１２との間において、水素バリア膜１３および層間絶縁膜１４を連続して貫通する貫通孔１７が形成されている。配線１５の一端部は、貫通孔１７内に入り込み、貫通孔１７内で延長部１２と接続されている。
配線１６の一端部は、上部電極９の周縁部の上方に配置されている。配線１６の一端部と上部電極９との間において、水素バリア膜１３および層間絶縁膜１４を連続して貫通する貫通孔１８が形成されている。配線１６の一端部は、貫通孔１８内に入り込み、貫通孔１８内で上部電極９と接続されている。
配線１５，１６の各他端部は、後述するドライバ７２（図３参照）に接続されている。
回路形成領域４には、たとえば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Negative-channel Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）２１およびＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Positive-channel Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）２２を含む集積回路が形成されている。
回路形成領域４において、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１が形成されるＮＭＯＳ領域２３と、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２２が形成されるＰＭＯＳ領域２４とは、素子分離部２５により、それぞれ周囲から絶縁分離されている。素子分離部２５は、シリコン基板２の表面から比較的浅く掘り下がった溝（たとえば、深さ０．２〜０．５μｍのシャロートレンチ）２６の内面に形成された熱酸化膜２７と、熱酸化膜２７の内側を埋め尽くす絶縁体２８とを備えている。絶縁体２８は、たとえば、ＳｉＯ２からなる。絶縁体２８の表面は、シリコン基板２の表面と面一をなしている。
ＮＭＯＳ領域２３には、Ｐ型ウェル３１が形成されている。Ｐ型ウェル３１の深さは、溝２６の深さよりも大きい。Ｐ型ウェル３１の表層部には、チャネル領域３２を挟んで、Ｎ型のソース領域３３およびドレイン領域３４が形成されている。ソース領域３３およびドレイン領域３４のチャネル領域３２側の端部は、その深さおよび不純物濃度が小さくされている。すなわち、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１では、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造が適用されている。
チャネル領域３２上には、ゲート絶縁膜３５が形成されている。ゲート絶縁膜３５は、ＳｉＯ２からなる。
ゲート絶縁膜３５上には、ゲート電極３６が形成されている。ゲート電極３６は、Ｎ型ポリシリコンからなる。
ゲート絶縁膜３５およびゲート電極３６の周囲には、サイドウォール３７が形成されている。サイドウォール３７は、ＳｉＮからなる。
ソース領域３３、ドレイン領域３４およびゲート電極３６の表面には、それぞれシリサイド３８，３９，４０が形成されている。
ＰＭＯＳ領域２４には、Ｎ型ウェル４１が形成されている。Ｎ型ウェル４１の深さは、溝２６の深さよりも大きい。Ｎ型ウェル４１の表層部には、チャネル領域４２を挟んで、Ｐ型のソース領域４３およびドレイン領域４４が形成されている。ソース領域４３およびドレイン領域４４のチャネル領域４２側の端部は、その深さおよび不純物濃度が小さくされている。すなわち、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２２では、ＬＤＤ構造が適用されている。
チャネル領域４２上には、ゲート絶縁膜４５が形成されている。ゲート絶縁膜４５は、ＳｉＯ２からなる。
ゲート絶縁膜４５上には、ゲート電極４６が形成されている。ゲート電極４６は、Ｐ型ポリシリコンからなる。
ゲート絶縁膜４５およびゲート電極４６の周囲には、サイドウォール４７が形成されている。サイドウォール４７は、ＳｉＮからなる。
ソース領域４３、ドレイン領域４４およびゲート電極４６の表面には、それぞれシリサイド４８，４９，５０が形成されている。
回路形成領域４において、シリコン基板２の表面上には、層間絶縁膜５１が形成されている。層間絶縁膜５１は、ＳｉＯ２からなる。
層間絶縁膜５１上には、配線５２，５３，５４が形成されている。配線５２，５３，５４は、Ａｌを含む金属材料からなる。
配線５２は、ソース領域３３の上方に形成されている。配線５２とソース領域３３との間において、層間絶縁膜５１には、それらを電気的に接続するためのコンタクトプラグ５５が貫通して設けられている。コンタクトプラグ５５は、Ｗ（タングステン）からなる。
配線５３は、ドレイン領域３４およびドレイン領域４４の上方に、それらに跨るように形成されている。配線５３とドレイン領域３４との間において、層間絶縁膜５１には、それらを電気的に接続するためのコンタクトプラグ５６が貫通して設けられている。また、配線５３とドレイン領域４４との間において、層間絶縁膜５１には、それらを電気的に接続するためのコンタクトプラグ５７が貫通して設けられている。コンタクトプラグ５６，５７は、Ｗからなる。
配線５４は、ソース領域４３の上方に形成されている。配線５４とソース領域４３との間において、層間絶縁膜５１には、それらを電気的に接続するためのコンタクトプラグ５８が貫通して設けられている。コンタクトプラグ５８は、Ｗからなる。
インクジェットプリンタヘッド１の最表面には、表面保護膜６１が形成されている。表面保護膜６１は、ＳｉＮからなる。層間絶縁膜１４，５１および配線１５，１６，５２，５３，５４は、表面保護膜６１により覆われている。
そして、シリコン基板２には、各圧電素子６と対向する位置に、加圧室６２が厚さ方向に貫通して形成されている。加圧室６２は、たとえば、シリコン基板２の表面側ほど幅（開口面積）が小さくなる断面略半円形状に形成されている。シリコン基板２の裏面には、インクを貯留したインクタンク（図示せず）が取り付けられる。加圧室６２には、インクタンクから供給されるインクが充填される。
また、振動膜５には、各加圧室６２に臨む位置に、連通室６３が厚さ方向に貫通して形成されている。振動膜５における連通室６３の周囲の部分５Ａは、加圧室６２に臨み、その対向方向に振動可能な可撓性を有する振動部分をなしている。
さらに、各圧電素子６の貫通孔１０の内側には、ノズル６４が水素バリア膜１３、層間絶縁膜１４および表面保護膜６１を貫通して形成されている。言い換えれば、圧電素子６は、下部電極７の延長部１２を除いて、水素バリア膜１３、層間絶縁膜１４および表面保護膜６１を貫通して形成されたノズル６４の周囲を取り囲む環状に形成されている。また、圧電素子６は、ノズル６４の側方に配置されてノズル６４の周囲を取り囲む環状に形成されている。側方とは、シリコン基板２の表面に平行な方向における側方のことである。そして、ノズル６４は、連通室６３を介して加圧室６２と連通している。
図３は、図１に示す回路形成領域に形成される集積回路のブロック図である。
回路形成領域４に形成される集積回路としては、圧電素子６の駆動（インクの吐出）を制御する制御回路７１が例示される。この制御回路７１は、各圧電素子６に個別に接続されたドライバ（駆動回路）７２と、複数のドライバ７２が接続された直列入力並列出力形のシフトレジスタ７３とを備えている。図２に示すＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１およびＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２２は、たとえば、ドライバ７２に使用されている。
各ドライバ７２は、電源電圧ＶＤＤおよびグランドＧＮＤに接続されている。
シフトレジスタ７３は、電源電圧ＶＤＤおよびグランドＧＮＤに接続されている。シフトレジスタ７３には、クロック端子およびデータ端子が備えられている。クロック端子には、クロックＣＬＫが入力される。データ端子には、用紙に形成すべき画像のデータＤＡＴＡが入力される。シフトレジスタ７３では、クロック端子からクロックＣＬＫが入力されるごとに、データ端子から入力されるデータＤＡＴＡが各フリップフロップ間でシフト（転送）される。
シフトレジスタ７３に保持されたデータＤＡＴＡに基づいて、ドライバ７２から圧電素子６に電圧が印加される。ドライバ７２から圧電素子６に電圧が印加されると、圧電素子６とともに振動膜５の振動部分５Ａが変形する。この変形により、加圧室６２内のインクが加圧されて、ノズル６４からインクが吐出される。
図４Ａ〜４Ｓは、図２に示すインクジェットプリンタヘッドの製造工程を順に示す模式的な断面図である。図４Ａ〜４Ｓでは、導体からなる部分にのみハッチングが付され、その他の部分に対するハッチングの付与が省略されている。
インクジェットプリンタヘッド１の製造工程では、まず、図４Ａに示すように、熱酸化法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長）法により、シリコン基板２の表面上に、ＳｉＯ２からなる酸化膜８１が形成される。つづいて、ＣＶＤ法により、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなる窒化膜８２が形成される。フォトリソグラフィにより、窒化膜８２上に、レジストパターン８３が形成される。レジストパターン８３は、シリコン基板２における溝２６が形成されるべき部分のみを露出させ、その他の部分を覆い隠す。
次に、図４Ｂに示すように、レジストパターン８３をマスクとするエッチングにより、窒化膜８２、酸化膜８１およびシリコン基板２の表層部が順に選択的に除去される。その結果、シリコン基板２の表層部に、溝２６が形成される。溝２６の形成後、レジストパターン８３は除去される。
その後、図４Ｃに示すように、熱酸化法により、溝２６の内面に、熱酸化膜２７が形成される。次いで、ＣＶＤ法により、熱酸化膜２７および窒化膜８２上に、絶縁体２８の材料が堆積される。そして、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）法により、その堆積された材料および窒化膜８２が研磨される。この研磨は、酸化膜８１の表面が露出するまで続けられる。その結果、熱酸化膜２７上に、絶縁体２８が得られる。この時点で、絶縁体２８は、酸化膜８１の表面と面一をなしている。
その後、フォトリソグラフィにより、絶縁体２８および酸化膜８１上に、レジストパターン８４が形成される。レジストパターン８４は、絶縁体２８および酸化膜８１上におけるＰＭＯＳ領域２４以外の全域に形成される。そして、イオン注入法により、レジストパターン８４をマスクとして、ＰＭＯＳ領域２４に、Ｎ型不純物（たとえば、Ｐ（リン））が注入される。その結果、図４Ｄに示すように、ＰＭＯＳ領域２４に、Ｎ型ウェル４１が形成される。Ｎ型不純物の注入後、レジストパターン８４は除去される。
次いで、フォトリソグラフィにより、絶縁体２８および酸化膜８１上に、レジストパターン８５が形成される。レジストパターン８５は、絶縁体２８および酸化膜８１上におけるＮＭＯＳ領域２３以外の全域に形成される。そして、イオン注入法により、レジストパターン８５をマスクとして、ＮＭＯＳ領域２３に、Ｐ型不純物（たとえば、Ｂ（ボロン））が注入される。その結果、図４Ｅに示すように、ＮＭＯＳ領域２３に、Ｐ型ウェル３１が形成される。Ｐ型不純物の注入後、レジストパターン８５は除去される。
その後、ウエットエッチングにより、酸化膜８１が除去される。このとき、絶縁体２８の上端部もエッチングされ、絶縁体２８は、シリコン基板２の表面とほぼ面一になる。この後、熱酸化法またはＣＶＤ法により、シリコン基板２の表面全域に、酸化シリコン膜８６が形成される。
つづいて、図４Ｆに示すように、ＣＶＤ法により、酸化シリコン膜８６上に、ポリシリコン層８７が形成される。
その後、図４Ｇに示すように、フォトリソグラフィにより、ポリシリコン層８７上に、レジストパターン８８が形成される。レジストパターン８８は、ポリシリコン層８７におけるゲート電極３６，４６となるべき部分のみを覆い隠す。
そして、レジストパターン８８をマスクとするエッチングにより、ポリシリコン層８７がパターニングされる。これにより、図４Ｈに示すように、ゲート電極３６，４６が形成される。ポリシリコン層８７のパターニング後、レジストパターン８８は除去される。その後、イオン注入法により、Ｐ型ウェル３１の表層部およびゲート電極３６に、Ｎ型不純物が注入される。また、イオン注入法により、Ｎ型ウェル４１の表層部およびゲート電極４６に、Ｐ型不純物が注入される。
次いで、図４Ｉに示すように、ゲート電極３６，４６をマスクとするエッチングにより、酸化シリコン膜８６が選択的に除去され、シリコン基板２上に、ゲート絶縁膜３５，４５が得られる。その後、ＣＶＤ法により、シリコン基板２上の全域にＳｉＮが堆積される。そして、そのＳｉＮの堆積層がエッチバックされることにより、サイドウォール３７，４７が形成される。
サイドウォール３７，４７の形成後、図４Ｊに示すように、イオン注入法により、Ｐ型ウェル３１の表層部に、Ｎ型不純物が先に注入されたＮ型不純物よりも深い位置まで注入され、ソース領域３３およびドレイン領域３４が形成される。また、イオン注入法により、Ｎ型ウェル４１の表層部に、Ｐ型不純物が先に注入されたＰ型不純物よりも深い位置まで注入され、ソース領域４３およびドレイン領域４４が形成される。その後、シリサイド３８，３９，４０，４８，４９，５０が形成される。
次に、図４Ｋに示すように、ＣＶＤ法により、振動膜５および層間絶縁膜５１が形成される。
その後、図４Ｌに示すように、スパッタ法により、振動膜５および層間絶縁膜５１上の全域に、下部電極７と同じ積層構造の膜８９が形成される。また、スパッタ法またはゾルゲル法により、膜８９の全域上に、圧電体８と同じ材料の膜９０が形成される。さらに、スパッタ法により、膜９０の全域上に、上部電極９と同じ積層構造の膜９１が形成される。
次いで、図４Ｍに示すように、フォトリソグラフィにより、膜９１上に、レジストパターン９２が膜９１における上部電極９となる部分を覆い隠すように形成される。
その後、図４Ｎに示すように、レジストパターン９２をマスクとするエッチングにより、膜９１がパターニングされ、上部電極９が形成される。つづいて、エッチングにより、膜９０がパターニングされ、圧電体８が形成される。圧電体８の形成後、レジストパターン９２は除去される。次に、フォトリソグラフィにより、膜８９上に、新たなレジストパターン（図示せず）が膜８９における下部電極７となる部分を覆い隠すように形成される。そして、新たなレジストパターンをマスクとするエッチングにより、膜８９がパターニングされ、下部電極７が形成される。下部電極７の形成後、レジストパターンは除去される。
その後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、層間絶縁膜５１におけるソース領域３３，４３およびドレイン領域３４，４４と対向する部分に、層間絶縁膜５１を厚さ方向に貫通する貫通孔が形成される。そして、ＣＶＤ法により、各貫通孔内にＷが供給され、各貫通孔がＷで埋め尽くされる。これにより、図４Ｏに示すように、コンタクトプラグ５５〜５８が形成される。その後、スパッタ法により、シリコン基板２上の全域に、アルミナ膜９３が形成される。さらに、ＣＶＤ法により、アルミナ膜９３上の全域に、酸化シリコン膜９４が形成される。
次いで、図４Ｐに示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、酸化シリコン膜９４およびアルミナ膜９３が回路形成領域４上から除去されるとともに、下部電極７の延長部１２上および上部電極９上から選択的に除去される。これにより、アルミナ膜９３および酸化シリコン膜９４がそれぞれ水素バリア膜１３および層間絶縁膜１４となり、その水素バリア膜１３および層間絶縁膜１４を連続的に貫通する貫通孔１７，１８が形成される。
その後、スパッタ法により、層間絶縁膜１４，５１上に、Ａｌ膜が形成される。そして、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、Ａｌ膜がパターニングされ、図４Ｑに示すように、配線１５，１６，５２，５３，５４が形成される。
その後、図４Ｒに示すように、ＣＶＤ法により、層間絶縁膜１４，５１上に、表面保護膜６１が形成される。
表面保護膜６１の形成後、フォトリソグラフィにより、シリコン基板２の裏面上に、レジストパターン（図示せず）が形成される。このレジストパターンは、シリコン基板２における加圧室６２となる部分を露出させ、その他の部分を覆い隠す。そして、レジストパターンをマスクとするウエットエッチングにより、図４Ｓに示すように、シリコン基板２に加圧室６２が形成される。さらに、ＳｉＯ２をエッチング可能なエッチング液が加圧室６２を介して振動膜５に供給されることにより、振動膜５に連通室６３が形成される。この後、シリコン基板２の表面側からのドライエッチングにより、ノズル６４が水素バリア膜１３、層間絶縁膜１４および表面保護膜６１を貫通して形成されると、図２に示すインクジェットプリンタヘッド１が得られる。
以上のように、振動膜５上の圧電素子６に電圧が印加されると、圧電素子６とともに振動膜５が変形する。この振動膜５の変形により、加圧室６２内に充填されているインクが加圧され、加圧室６２と連通するノズル６４からインクが吐出される。
ノズル６４は、振動膜５を貫通する貫通孔として形成されている。したがって、ノズルが形成されたプレートなどを必要としない。そのため、インクジェットプリンタヘッド１は、従来の圧電方式のインクジェットプリンタヘッドと比較して、その構成が簡素であり、安価に製造することができる。
また、シリコン基板２を利用して、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１およびＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２２などの半導体素子を形成することができる。また、シリコン基板２上に層間絶縁膜５１を挟んで配線５２，５３，５４が形成され、この配線５２，５３，５４がコンタクトプラグ５５〜５８を介してＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１およびＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２２に接続されることにより、インクジェットプリンタヘッド１は、集積回路（制御回路７１）を備えることができる。
また、圧電素子６に電圧を印加する駆動回路７２を、振動膜５が設けられたシリコン基板２に形成しているので、インクジェットプリンタヘッド１の本体部分と、その駆動回路７２とを１チップで構成すること（１チップ化）が可能となる。
図５は、本発明の第２の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの模式的な平面図である。図６は、図５に示す切断線VI−VIにおけるインクジェットプリンタヘッドの模式的な断面図である。図５，６において、それぞれ図１，２に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付している。そして、以下では、図５，６に示す構造について、図１，２に示す構造との相違点のみを説明し、同一の参照符号を付した各部の説明を省略する。また、図６では、導体からなる部分にのみハッチングが付され、その他の部分に対するハッチングの付与が省略されている。
図１，２に示すインクジェットプリンタヘッド１では、圧電素子６がノズル６４の周囲を取り囲む環状に形成されている。これに対して、図５，６に示すインクジェットプリンタヘッド１０１では、圧電素子１０２は、ノズル６４の周囲の一部に、平面視略四角形状に形成されている。詳しくは、圧電素子１０２は、シリコン基板２の表面に平行な方向におけるノズル６４の側方に形成されている。
圧電素子１０２は、下部電極１０３と、下部電極１０３上に形成された圧電体１０４と、圧電体１０４上に形成された上部電極１０５とを備えている。
下部電極１０３は、平面視四角形状の本体部１０６と、本体部１０６の周縁から直線状に延びる延長部１０７とを一体的に備えている。下部電極１０３は、Ｔｉ層およびＰｔ層を振動膜５側から順に積層した２層構造を有している。
圧電体１０４は、下部電極１０３の本体部１０６と平面視同形状に形成されている。圧電体１０４は、ＰＺＴからなる。
上部電極１０５は、圧電体１０４と平面視同形状に形成されている。上部電極１０５は、ＩｒＯ２層およびＩｒ層を圧電体１０４側から順に積層した２層構造を有している。
なお、上部電極１０５には、図６の断面に示されない部分において、水素バリア膜１３および層間絶縁膜１４を連続的に貫通する貫通孔を介して、配線（図２に示す配線１６に相当）が接続されている。
インクジェットプリンタヘッド１０１の構造によっても、図１，２に示すインクジェットプリンタヘッド１の構造と同様な作用効果を奏することができる。
図７（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの模式的な断面図であり、図７（ｂ）は、第３の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの要部の模式的な平面図である。図７（ａ）において、図２に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付している。そして、以下では、図７（ａ）に示す構造について、図２に示す構造との相違点のみを説明し、同一の参照符号を付した各部の説明を省略する。また、図７（ａ）では、導体からなる部分にのみハッチングが付され、その他の部分に対するハッチングの付与が省略されている。
図７（ａ）に示すインクジェットプリンタヘッド１１１では、ノズル形成領域３の全域において、シリコン基板２の表面上に、保護膜１１２が形成されている。保護膜１１２は、ＳｉＯ２からなる。
保護膜１１２上には、犠牲層１１３が形成されている。犠牲層１１３は、保護膜１１２および後述する振動膜１１７に対して適当なエッチング選択比を有する材料、たとえば、ＳｉＮまたはポリシリコンからなる。
犠牲層１１３には、複数のインク流路１１４が形成されている。各インク流路１１４は、ノズル形成領域３の中央部から回路形成領域４と反対側に向けて直線状に延び、犠牲層１１３の側面において開放されている（図７（ｂ）参照）。また、インク流路１１４は、等間隔に設けられている（図７（ｂ）参照）。各インク流路１１４の途中部には、平面視でその他の部分よりも幅広に形成された加圧室１１５が形成されている。各インク流路１１４において、加圧室１１５よりも犠牲層１１３の側面側の部分は、インクを吐出するためのノズル１１６をなしている。
犠牲層１１３上には、振動膜１１７が形成されている。振動膜１１７は、ＳｉＯ２からなる。振動膜１１７の厚さは、たとえば、０．５〜２μｍである。加圧室１１５は、シリコン基板２と振動膜１１７との間に位置している。
振動膜１１７上には、複数の圧電素子１１８が配置されている。より具体的には、振動膜１１７上において、各加圧室１１５と対向する位置に、１つの圧電素子１１８が配置されている（図７（ｂ）参照）。圧電素子１１８は、下部電極１１９と、下部電極１１９上に形成された圧電体１２０と、圧電体１２０上に形成された上部電極１２１とを備えている。
下部電極１１９は、平面視四角形状の本体部と、本体部の周縁から直線状に延びる延長部（図示せず）とを一体的に備えている。下部電極１１９は、Ｔｉ層およびＰｔ層を振動膜１１７側から順に積層した２層構造を有している。
圧電体１２０は、平面視で下部電極１１９の本体部と平面視同形状に形成されている。圧電体１２０は、ＰＺＴからなる。
上部電極１２１は、圧電体１２０と平面視同形状に形成されている。上部電極１２１は、ＩｒＯ２層およびＩｒ層を圧電体１２０側から順に積層した２層構造を有している。
図２に示す構造と同様に、振動膜１１７および圧電素子１１８の表面は、水素バリア膜１３により覆われている。また、水素バリア膜１３上には、層間絶縁膜１４が積層されている。さらに、下部電極１１９の延長部には、図７の断面に示されない部分において、水素バリア膜１３および層間絶縁膜１４を連続的に貫通する貫通孔を介して、配線（図２に示す配線１５に相当）が接続されている。また、上部電極１２１には、図７の断面に示されない部分において、水素バリア膜１３および層間絶縁膜１４を連続的に貫通する貫通孔を介して、配線（図２に示す配線１６に相当）が接続されている。また、インクジェットプリンタヘッド１１１の最表面には、表面保護膜６１が形成されている。
そして、各インク流路１１４における加圧室１１５よりもインクの流通方向の上流側の部分上には、インク供給路１２２が水素バリア膜１３、層間絶縁膜１４および表面保護膜６１を貫通して形成されている。表面保護膜６１上には、インクを貯留したインクタンク（図示せず）が取り付けられ、このインクタンクからインク供給路１２２を介してインク流路１１４にインクが供給される。
圧電素子１１８に電圧が印加されると、圧電素子１１８とともに振動膜１１７の加圧室１１５に臨む部分が変形する。この変形により、加圧室１１５内のインクが加圧されて、ノズル１１６からインクが吐出される。
このように、ノズル１１６は、シリコン基板２上の保護膜１１２と振動膜１１７との間に形成されている。したがって、ノズルが形成されたプレートなどを必要としない。そのため、図７（ａ）に示すインクジェットプリンタヘッド１１１は、従来の圧電方式のインクジェットプリンタヘッドと比較して、その構成が簡素であり、安価に製造することができる。
また、図２に示すインクジェットプリンタヘッド１と同様に、シリコン基板２を利用して、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１およびＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２２などの半導体素子を形成することができ、その半導体素子や配線５２〜５４などを含む集積回路（制御回路７１）を形成することができる。
図８は、本発明の第４の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの模式的な平面図である。図９Ａは、図８に示す切断線Ａ−Ａにおけるインクジェットプリンタヘッドの模式的な断面図である。また、図９Ｂは、図８に示す切断線Ｂ−Ｂにおけるインクジェットプリンタヘッドの模式的な断面図である。図８，９Ａ，９Ｂにおいて、それぞれ図１，２に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付している。そして、以下では、図８，９Ａ，９Ｂに示す構造について、図１，２に示す構造との相違点のみを説明し、同一の参照符号を付した各部の説明を省略する。また、図９Ａ，９Ｂでは、導体からなる部分にのみハッチングが付され、その他の部分の対するハッチングの付与が省略されている。
図１，２に示すインクジェットプリンタヘッド１では、圧電素子６がノズル６４の周囲を取り囲む環状に形成されている。これに対して、図８，９Ａ，９Ｂに示すインクジェットプリンタヘッド１３１では、圧電素子１３２は、ノズル６４の側方に配置されてノズル６４の周囲を取り囲むＣ字状（略環状）に形成されている。
圧電素子１３２は、下部電極１３３と、下部電極１３３上に形成された圧電体１３４と、圧電体１３４上に形成された上部電極１３５とを備えている。
下部電極１３３は、平面視Ｃ字状の本体部と、本体部の周縁から直線状に延びる延長部（図示せず）とを一体的に備えている。下部電極１３３は、Ｔｉ層およびＰｔ層を振動膜５側から順に積層した２層構造を有している。
圧電体１３４は、下部電極１３３の本体部と平面視同形状に形成されている。圧電体１３４は、ＰＺＴからなる。
上部電極１３５は、圧電体１３４と平面視同形状に形成されている。上部電極１３５は、ＩｒＯ２層およびＩｒ層を圧電体１３４側から順に積層した２層構造を有している。
なお、下部電極の延長部には、図９Ａの断面に示されない部分において、水素バリア膜１３および層間絶縁膜１４を連続的に貫通する貫通孔を介して、配線（図２に示す配線１５に相当）が接続されている。また、上部電極１３５には、図９Ａの断面に示されない部分において、水素バリア膜１３および層間絶縁膜１４を連続的に貫通する貫通孔を介して、配線（図２に示す配線１６に相当）が接続されている。
また、図９Ａに示すように、シリコン基板２には、各圧電素子１３２と対向する位置に、加圧室１３６が厚さ方向に貫通して形成されている。各加圧室１３６は、平面視で各圧電素子１３２とほぼ同形状をなしている。
また、振動膜５には、Ｃ字状の各加圧室１３６の中央部分と上下方向に対向する位置に、連通室１３７が厚さ方向に貫通して形成されている。具体的には、連通室１３７は、その外側の周縁部が加圧室１３６の内側の周縁部と上下方向に重なるように形成されている。これにより、加圧室１３６と連通室１３７とが連通している。
また、シリコン基板２の裏面には、平板状の閉塞板１４５が設けられている。この閉塞板１４５により、各加圧室１３６がシリコン基板２の裏面側から閉塞されている。
また、図９Ｂに示すように、シリコン基板２には、閉塞板１４５の裏面に取り付けられたインクタンク（図示せず）からノズル６４へインクを供給するためのインク流路１３８が形成されている。インク流路１３８は、ノズル６４（連通室１３７）から圧電素子１３２のＣ字状の開放方向へと延び、下方へと屈曲してシリコン基板２を厚さ方向に貫通するように形成されている。インク流路１３８において、シリコン基板２を貫通してインクタンク（図示せず）につながる部分は、インク供給路１７０である。インク供給路１７０は、平面視（シリコン基板２の厚さ方向から見た場合）において、ノズル６４と異なる位置に形成されている。
インク流路１３８（インク供給路１７０を除く部分）は、加圧室１３６とインク供給路１７０とをつないでいる。インク供給路１７０は、インク流路１３８（インク供給路１７０を除く部分）を介して、加圧室１３６と連通している。また、閉塞板１４５には、インク流路１３８（インク供給路１７０）と対向する部分に開口１４６が形成されている。この開口１４６を介して、インクタンクからインク流路１３８へとインクが供給される。
インク流路１３８に供給されたインクは、連通室１３７を介して、加圧室１３６内に充填される。インク流路１３８によって、インク供給路１７０から加圧室１３６への円滑なインク供給が可能となる。また、インク供給路１７０がインク流路１３８を介して加圧室１３６へ安定してインクを供給するので、加圧室１３６におけるインクの充填状態を安定して維持することができる。そして、振動膜５上の圧電素子１３２に電圧が印加されると、圧電素子１３２とともに振動膜５が変形する。この振動膜５の変形により、加圧室１３６内に充填されているインクが加圧され、加圧室１３６から連通室１３７およびノズル６４を介して、インクが吐出される。
図１０Ａ〜１０Ｍは、図９Ａに示すインクジェットプリンタヘッドの製造工程を順に示す模式的な断面図であり、図９Ａの場合と同じ切断線Ａ−Ａで切断したときの断面を示す。また、図１１Ａ〜１１Ｅは、このインクジェットプリンタヘッドの製造工程の一部を順に示す模式的な断面図であり、図９Ｂの場合と同じ切断線Ｂ−Ｂで切断したときの断面を示す。図１０Ａ〜１０Ｍおよび図１１Ａ〜１１Ｅでは、導体からなる部分にのみハッチングが付され、その他の部分に対するハッチングの付与が省略されている。
まず、図４Ａ〜４Ｅに示す工程により、図１０Ａおよび図１１Ａに示すように、シリコン基板２の表面全域に、酸化シリコン膜８６が形成される。
つづいて、図１０Ｂおよび図１１Ｂに示すように、ＣＶＤ法により、酸化シリコン膜８６上に、ポリシリコン層８７が形成される。
その後、図１０Ｃおよび図１１Ｃに示すように、フォトリソグラフィにより、ポリシリコン層８７上に、レジストパターン８８が形成される。レジストパターン８８は、ポリシリコン層８７におけるゲート電極３６，４６となるべき部分、およびインク流路１３８となるべき部分を覆い隠す。
そして、レジストパターン８８をマスクとするエッチングにより、ポリシリコン層８７がパターニングされる。これにより、図１０Ｄに示すように、ゲート電極３６，４６が形成されるとともに、図１１Ｄに示すように、インク流路１３８が形成されるべき部分に犠牲層１３９が形成される。ポリシリコン層８７のパターニング後、レジストパターン８８は除去される。その後、イオン注入法により、Ｐ型ウェル３１の表層部およびゲート電極３６に、Ｎ型不純物が注入される。また、イオン注入法により、Ｎ型ウェル４１の表層部およびゲート電極４６に、Ｐ型不純物が注入される。
その後、図４Ｉ，４Ｊに示す工程が実行されることにより、回路形成領域４に、ゲート絶縁膜３５，４５、サイドウォール３７，４７、およびシリサイド３８，３９，４０，４８，４９，５０が形成される。そして、図４Ｋに示す工程が実行されることにより、図１０Ｅおよび図１１Ｅに示すように、振動膜５および層間絶縁膜５１が形成される。
その後、図１０Ｆに示すように、スパッタ法により、振動膜５上の全域に、下部電極１３３と同じ積層構造の膜８９が形成される。また、スパッタ法またはゾルゲル法により、膜８９の全域上に、圧電体１３４と同じ材料の膜９０が形成される。さらに、スパッタ法により、膜９０の全域上に、上部電極１３５と同じ積層構造の膜９１が形成される。
次いで、図１０Ｇに示すように、フォトリソグラフィにより、膜９１上に、レジストパターン９２が膜９１における上部電極１３５となる部分を覆い隠すように形成される。
その後、図１０Ｈに示すように、レジストパターン９２をマスクとするエッチングにより、膜９１がパターニングされ、上部電極１３５が形成される。つづいて、エッチングにより、膜９０がパターニングされ、圧電体１３４が形成される。さらに、エッチングにより、膜８９がパターニングされ、下部電極１３３が形成される。下部電極１３３の形成後、図１０Ｉに示すように、レジストパターン９２は除去される。
その後、図１０Ｊに示すように、スパッタ法により、シリコン基板２上の全域に、水素バリア膜１３が形成される。さらに、ＣＶＤ法により、水素バリア膜１３上の全域に、層間絶縁膜１４が形成される。
その後、図４Ｏ，４Ｐ，４Ｑに示す工程が実行されることにより、回路形成領域４において、層間絶縁膜５１を貫通するコンタクトプラグ５５〜５８が形成されるとともに、配線５２〜５４が形成される。そして、図４Ｒに示す工程が実行されることにより、図１０Ｋに示すように、層間絶縁膜１４上に、表面保護膜６１が形成される。表面保護膜６１の上面は平坦化されていてもよい。
次いで、図１０Ｌに示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、シリコン基板２が裏面側からエッチングされ、シリコン基板２に加圧室１３６が形成される。
さらに、図１０Ｍに示すように、ポリシリコンをエッチング可能なエッチング液が加圧室１３６を介して犠牲層１３９（図１１Ｅ参照）に供給されることにより、犠牲層１３９が除去され、連通室１３７およびインク流路１３８が形成される（図９Ｂ参照）。この後、シリコン基板２の表面側からのドライエッチングにより、ノズル６４が水素バリア膜１３、層間絶縁膜１４および表面保護膜６１を貫通して形成されると、図９Ａ，９Ｂに示すインクジェットプリンタヘッド１３１が得られる。
インクジェットプリンタヘッド１３１の構造によっても、図１，２に示すインクジェットプリンタヘッド１の構造と同様な作用効果を奏することができる。
図１２（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの模式的な断面図であり、図１２（ｂ）は、第５の実施形態に係るインクジェットプリンタヘッドの要部の模式的な平面図である。図１２（ａ）において、図２に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付している。そして、以下では、図１２（ａ）に示す構造について、図２に示す構造との相違点のみを説明し、同一の参照符号を付した各部の説明を省略する。また、図１２（ａ）では、導体からなる部分にのみハッチングが付され、その他の部分に対するハッチングの付与が省略されている。
図１２（ａ）に示すインクジェットプリンタヘッド１５１では、ノズル形成領域３の全域において、シリコン基板２の表面上に、保護膜１５２が形成されている。保護膜１５２は、ＳｉＯ２からなる。
保護膜１５２上には、犠牲層１６３が形成されている。犠牲層１６３は、保護膜１５２および後述する振動膜１５３に対して適当なエッチング選択比を有する材料、たとえば、ＳｉＮまたはポリシリコンからなる。
犠牲層１６３には、複数のインク流路１５４が形成されている。各インク流路１５４は、ノズル形成領域３の中央部から直線状に延びている（図１２（ｂ）参照）。また、インク流路１５４は、等間隔に設けられている（図１２（ｂ）参照）。インク流路１５４の途中部には、平面視でその他の部分よりも幅広に形成された加圧室１５５が形成されている。
犠牲層１６３上には、振動膜１５３が形成されている。振動膜１５３は、ＳｉＯ２からなる。振動膜１５３の厚さは、たとえば、０．５〜２μｍである。加圧室１５５は、シリコン基板２と振動膜１５３との間に形成されている。
振動膜１５３上には、複数の圧電素子１５６が形成されている。より具体的には、振動膜１５３上において、各加圧室１５５と対向する位置に、１つの圧電素子１５６が配置されている（図１２（ｂ）参照）。圧電素子１５６は、下部電極１５７と、下部電極１５７上に形成された圧電体１５８と、圧電体１５８上に形成された上部電極１５９とを備えている。
下部電極１５７は、インク流路１５４の延びる方向に向けて開放された平面視Ｃ字状の本体部と、本体部の周縁から直線状に延びる延長部（図示せず）とを一体的に備えている。下部電極１５７は、Ｔｉ層およびＰｔ層を振動膜１５３側から順に積層した２層構造を有している。
圧電体１５８は、下部電極１５７の本体部と平面視同形状に形成されている。圧電体１５８は、ＰＺＴからなる。
上部電極１５９は、圧電体１５８と平面視同形状に形成されている。上部電極１５９は、ＩｒＯ２層およびＩｒ層を圧電体１５８側から順に積層した２層構造を有している。
図２に示す構造と同様に、振動膜１５３および圧電素子１５６の表面は、水素バリア膜１３により覆われている。また、水素バリア膜１３上には、層間絶縁膜１４が積層されている。なお、下部電極１５７の延長部には、図１２（ａ）の断面に示されない部分において、水素バリア膜１３および層間絶縁膜１４を連続的に貫通する貫通孔を介して、配線（図２に示す配線１５に相当）が接続されている。また、上部電極１５９には、図１２（ａ）の断面に示されない部分において、水素バリア膜１３および層間絶縁膜１４を連続的に貫通する貫通孔を介して、配線（図２に示す配線１６に相当）が接続されている。さらに、インクジェットプリンタヘッド１の最表面には、表面保護膜６１が形成されている。
平面視Ｃ字状の圧電素子１５６の中央部には、ノズル１６０が形成されている。言い換えれば、圧電素子１５６は、ノズル１６０の側方に配置されてノズル１６０を取り囲む略環状に形成されている。ノズル１６０は、表面保護膜６１、層間絶縁膜１４および水素バリア膜１３をそれらの積層方向に貫通し、加圧室１５５と連通している。
そして、各インク流路１５４における加圧室１５５よりもインクの流通方向の上流側の部分には、インク供給路１６１がシリコン基板２を厚さ方向に貫通して形成されている。インク供給路１６１は、平面視において、ノズル１６０と異なる位置に形成されている。そのため、平面視において、インク供給路１６１とノズル１６０との間の位置に加圧室１５５を設けることができる。
インク流路１５４は、加圧室１５５とインク供給路１６１とをつないでいる。インク供給路１６１は、インク流路１５４を介して加圧室１５５と連通している。シリコン基板２の裏面上には、インクを貯留したインクタンク（図示せず）が取り付けられ、このインクタンクからインク供給路１６１を介してインク流路１５４にインクが供給される。インク流路１５４によって、インク供給路１６１から加圧室１５５への円滑なインク供給が可能となる。そして、インク供給路１６１がインク流路１５４を介して加圧室１５５へ安定してインクを供給するので、加圧室１５５におけるインクの充填状態を安定して維持することができる。
圧電素子１５６に電圧が印加されると、圧電素子１５６とともに振動膜１５３の加圧室１５５に臨む部分が変形する。この変形により、加圧室１５５内のインクが加圧されて、ノズル１６０からインクが吐出される。
図１３Ａ〜１３Ｈは、図１２（ａ）に示すインクジェットプリンタヘッドの製造工程を順に示す模式的な断面図である。図１３Ａ〜１３Ｈでは、導体からなる部分にのみハッチングが付され、その他の部分に対するハッチングの付与が省略されている。
まず、図４Ａ〜４Ｆに示す工程が実行されることにより、酸化シリコン膜８６上にポリシリコン層８７が形成された後、図４Ｇ，４Ｈに示す工程が実行される。ただし、このとき、ノズル形成領域３上には酸化シリコン膜８６およびポリシリコン層８７が除去されずに残される。
その後、図４Ｉ〜４Ｋに示す工程が実行されることにより、図１３Ａに示すように、振動膜１５３および層間絶縁膜５１が形成された後、振動膜１５３上に、下部電極１５７、圧電体１５８および上部電極１５９が形成される。ノズル形成領域３において、除去されずに残された酸化シリコン膜８６およびポリシリコン層８７は、それぞれ図１２に示す保護膜１５２および犠牲層１６３をなす。
その後、図１３Ｂに示すように、スパッタ法により、シリコン基板２上の全域に、アルミナ膜９３が形成される。さらに、ＣＶＤ法により、アルミナ膜９３上の全域に、酸化シリコン膜９４が形成される。
次いで、図１３Ｃに示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、酸化シリコン膜９４およびアルミナ膜９３が回路形成領域４上から除去される。これにより、アルミナ膜９３および酸化シリコン膜９４がそれぞれ水素バリア膜１３および層間絶縁膜１４となる。
その後、スパッタ法により、層間絶縁膜５１上に、Ａｌ膜が形成される。そして、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、Ａｌ膜がパターニングされ、図１３Ｄに示すように、配線５２，５３，５４が形成される。
その後、図１３Ｅに示すように、ＣＶＤ法により、層間絶縁膜１４，５１上に、表面保護膜６１が形成される。
表面保護膜６１の形成後、図１３Ｆに示すように、フォトリソグラフィにより、シリコン基板２の裏面上に、レジストパターン１６２が形成される。このレジストパターン１６２は、シリコン基板２におけるインク供給路１６１となる部分を露出させ、その他の部分を覆い隠す。
そして、レジストパターン１６２をマスクとするウエットエッチングにより、図１３Ｇに示すように、シリコン基板２にインク供給路１６１が形成される。さらに、ポリシリコンをエッチング可能なエッチング液がインク供給路１６１を介してポリシリコン層８７に供給されることにより、ポリシリコン層８７（犠牲層１６３）が部分的に除去され、インク流路１５４が形成される。この後、シリコン基板２の表面側からのドライエッチングにより、ノズル１６０が水素バリア膜１３、層間絶縁膜１４および表面保護膜６１を貫通して形成されると、図１２に示すインクジェットプリンタヘッド１５１が得られる。
以上、本発明の５つの実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、インクジェットプリンタヘッド１，１０１，１１１，１３１，１５１では、半導体基板の一例としてシリコン基板２が用いられているが、シリコン基板２に代えて、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）などのシリコン以外の半導体材料からなる基板が用いられてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
１ インクジェットプリンタヘッド
２ シリコン基板（半導体基板）
５ 振動膜
６ 圧電素子
２１ ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（半導体素子）
２２ ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（半導体素子）
５２ 配線
５３ 配線
５４ 配線
６２ 加圧室
６３ 連通室
６４ ノズル
７１ 制御回路
７２ ドライバ（駆動回路）
１０１ インクジェットプリンタヘッド
１０２ 圧電素子
１１１ インクジェットプリンタヘッド
１１５ 加圧室
１１６ ノズル
１１７ 振動膜
１１８ 圧電素子
１３１ インクジェットプリンタヘッド
１３２ 圧電素子
１３６ 加圧室
１３８ インク流路
１５１ インクジェットプリンタヘッド
１５３ 振動膜
１５４ インク流路
１５５ 加圧室
１５６ 圧電素子
１６０ ノズル
１６１ インク供給路
１７０ インク供給路

Claims (13)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板上に設けられ、前記半導体基板との対向方向に振動可能な振動膜と、
    前記振動膜上に設けられた圧電素子と、
    前記振動膜に対して前記半導体基板側に前記振動膜に臨んで形成され、インクが充填される加圧室と、
    前記振動膜を貫通して形成され、前記加圧室と連通し、前記加圧室から送出されるインクを吐出するノズルとを含む、インクジェットプリンタヘッド。
  2. 前記半導体基板に形成された半導体素子と、
    前記半導体素子に接続された配線とをさらに含む、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッド。
  3. 前記振動膜は、前記半導体基板の一方面に接し、
    前記加圧室は、前記半導体基板を厚さ方向に貫通して形成されている、請求項１または２に記載のインクジェットプリンタヘッド。
  4. 前記加圧室は、前記半導体基板と前記振動膜との間に形成されている、請求項１または２に記載のインクジェットプリンタヘッド。
  5. 前記加圧室と連通するインク供給路が前記半導体基板に形成されている、請求項３または４に記載のインクジェットプリンタヘッド。
  6. 前記インク供給路は、平面視において、前記ノズルと異なる位置に形成されている、請求項５に記載のインクジェットプリンタヘッド。
  7. 前記加圧室と前記インク供給路とをつなぐインク流路を有する、請求項６に記載のインクジェットプリンタヘッド。
  8. 前記圧電素子は、前記ノズルの周囲を取り囲む環状に形成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のインクジェットプリンタヘッド。
  9. 前記圧電素子は、前記ノズルの側方に形成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のインクジェットプリンタヘッド。
  10. 半導体基板と、
    前記半導体基板上に間隔を空けて設けられ、前記半導体基板との対向方向に振動可能な振動膜と、
    前記振動膜上に設けられた圧電素子と、
    前記半導体基板と前記振動膜との間に形成され、インクが充填される加圧室と、
    前記半導体基板と前記振動膜との間に形成され、前記加圧室と連通し、前記加圧室から送出されるインクを吐出するノズルとを含む、インクジェットプリンタヘッド。
  11. 前記半導体基板に形成された半導体素子と、
    前記半導体素子に接続された配線とをさらに含む、請求項１０に記載のインクジェットプリンタヘッド。
  12. 前記加圧室は、前記半導体基板と前記振動膜との間に形成されている、請求項１０または１１に記載のインクジェットプリンタヘッド。
  13. 前記振動膜が設けられた前記半導体基板に形成され、前記圧電素子に電圧を印加する駆動回路をさらに含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のインクジェットプリンタヘッド。
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